高雷诺数流动的基本控制方程体系和扩散跑物化Navier-Stokes方程组的意义和用途

在计算机发达的时代, 高雷诺($Re$)数绕流计算中有无必要使用简化NS方程组, 本文讨论这个问题. 主要内容如下: (1)高$Re$数绕流包含3种基本流动: 所有方向对流占优流动、所有方向对流扩散竞争流动和部分方向对流占优部分方向对流扩散竞争流动(简称干扰剪切流动), 3个基本流动的特征彼此不同且在流场中所占领域大小彼此相差悬殊, NS方程区域很小,它们的最简单控制方程组Euler、Navier-Stokes (NS)和扩散抛物化(DP) NS方程组的数学性质彼此不同, 因此利用Euler-DPNS-NS方程组体系分析计算高$Re$数绕流流动就是一个合乎逻辑的选择, 该法与利用单一NS方程组的常用方法可以彼此检验和补充. (2)流体之间以及流体与外界的动量、能量和质量交换, 流态从层流到湍流的演化主要发生在干扰剪切流动中, 干扰剪切流及其最简单控制方程------DPNS方程组具有基础意义; DPNS方程组笔者在1967年已提出. (3)诸简化NS方程组: DPNS、抛物化(P)NS、薄层(TL)NS、黏性层(VL)NS方程组的发展、相互关系, 它们的历史贡献和今后的用途; 它们的数学性质均为扩散抛物型, 但它们包含的黏性项彼此有所不同; 从流体力学角度来看, 它们中只有DPNS方程组能够准确描述干扰剪切流动. 提出把诸简化NS方程组统一为DPNS方程组的建议. (4)干扰剪切流------DPNS方程组与无干扰剪切流------边界层方程组之间的关系以及进一步研究干扰剪切流的意义.      

干扰剪切流动(ISF)和边界层流动及ISF理论在计算流体力学(CFD)中的应用

简述作者提出的干扰剪切流动(ISF)理论、近壁复杂ISF理论、推论和它们在CFD中的应用.ISF是小黏性流体运动中普遍存在的一种基本流动,如驻点流、近壁黏性-无黏干扰流动,干扰可忽略时ISF的黏性部分为熟知的边界层流动.ISF理论揭示了高$Re$数流动计算的最佳坐标系和最佳网格生成.由近壁复杂ISF理论与流体运动方程组及流速在壁面无滑移条件相结合导出一组壁面相容(SC)判据,该判据提供了利用CFD仿真结果判断CFD仿真可信度的理论途径、并为近壁网格、算法和边界处理的改进和三者的更好协调、为湍流模型的评估、改进和发展提供了一种理论途径.      

数值模拟方法在体液流动研究中的应用与展望

计算流体力学的数值模拟技术产生于20世纪60年代,现已成功地应用到众多科学研究与工程设计领域. 从20世纪80年代开始,虽已有不少研究工作开始利用CFD方法与计算机技术对人体的血流、气管中的气流、胆汁流等流动进行数值模拟与分析,但并没有与器官功能分析和病理分析及临床应用紧密联系. 近十几年来,这方面的工作已经取得了长足的进步和发展,模拟出了譬如脑血管、颈动脉、心血管等复杂血管流动,甚至整个肺泡的活动,得到了非常有病理意义和临床价值的图像.本文介绍和评述计算人体流体动力学的历史,发展和已经取得的成果.      

裂隙岩体非稳态渗流数值模型及其应用

为解决裂隙岩体非稳态渗流问题, 发展了一种新的数值模型. 对于单裂隙渗 流求解, 其控制方程是基于一定假设的简化Navier-Stokes方程, 数值方法采用有限差分法 和流体体积法. 在裂隙网络中, 交界处渗流可以由专门的控制方程求解. 计算结果表明, 该 数值模型既可以大幅提高非稳态渗流的计算效率, 还可以避免孤立裂隙所带来的影响. 最后, 通过两个工程算例验证该数值模型的适用性.     

构造活动地区工程构造稳定性研究

在０．６１×１０￣５Ｒｅ６．０１×１０￣５，０．９３Ｈ／Ｄ２．５０（Ｈ为波高，Ｄ为圆柱直径）的范围内实验研究了弹性圆柱在浪流联合作用下的流体载荷。通过测量柱表面压力，得到了脉动升力和阻力系数，并给出了Ｍｏｒｉｓｏｎ公式中的Ｃ＿Ｄ，Ｃ＿Ｍ值随Ｋｃ数的变化关系，实验结果表明：在浪流联合作用下的圆柱体，其流体载荷与雷诺数的变化密切相关，并且圆柱的振动对流体载荷也有影响。     

小波浪高雷诺数时串列圆柱的波动压力

在２４０×１０５≤Ｒｅ≤５４０×１０５，２９４≤Ｋｃ×７８５，２５４×Ｌ／Ｄ×５０２的范围内实验研究了串列圆柱在规则波中迎浪前进时的波动压力、波动升力与波动阻力．实验模型由ＰＶＣ管加工制成，表面光滑．实验结果表明：在波流中，当Ｋｃ数较小而Ｒｅ数较高时，绕串列圆柱的流动与均匀流中的绕流有相似之处；随着Ｋｃ数和Ｒｅ数的增加，串列圆柱的柱间干扰效应会发生改变     

THEORY OF NONFLUIDIZED GAS SOLIDS FLOW AND ITS APPLICATION

A theory of nonfluidized gas-solids flow, which combines the theory of multiphase flow with the mechanics of particulate media, was proposed on the basis of understanding that the particles contact each other, solids and gas are in movement, and the drag force on the particles caused by interstitial gas flow is similar to gravity force having the property of mass force. Then this theory was verified by experiments on vertical and inclined moving beds, and was applied to calculation and design of equipment and devices with moving beds, such as pneumatic moving bed transport,dipleg, V-value, L-valve, orifice flow, and arching prevention. It can be used to guide the design and operation of moving beds and fixed beds.     

NUMERICAL PREDICTION OF TWO-PHASE FLOW IN BUBBLE COLUMNS

A numerical model is described for the prediction of turbulent continuum equations for two-phase gas–liquid flows in bubble columns. The mathematical formulation is based on the solution of each phase. The two-phase model incorporates interfacial models of momentum transfer to account for the effects of virtual mass, lift, drag and pressure discontinuities at the gas–liquid interface. Turbulence is represented by means of a two-equation k–ϵ model modified to account for bubble-induced turbulence production. The numerical discretization is based on a staggered finite-volume approach, and the coupled equations are solved in a segregated manner using the IPSA method. The model is implemented generally in the multipurpose PHOENICS computer code, although the present appllications are restricted to two-dimensional flows. The model is applied to simulate two bubble column geometries and the predictions are compared with the measured circulation patterns and void fraction distributions.     

Matlab求解库埃特流在计算流体力学课程中的应用

计算流体力学主要研究如何通过数值方法来求解流体力学的控制方程。本文以不可压缩库埃特流为例,在有理论解析解的基础上建立显式、隐式方法的有限差分法控制方程,并提出了基于压力修正法的第三种方法,采用Matlab编程求解流场分布,并研究推进步数、等分数、时间间隔与雷诺数对计算误差的影响。通过对经典流动现象力学特性的学习,可加深学生对计算流体力学求解基本方法和思路的理解,培养理论联系实践的能力。

     

摄动理论在求解流固耦合渗流问题中的应用

通过引进小参数ε，对工程中一类强非线性耦合渗流问题采用摄动理论进行解析求解，探讨了数学模型中压力动态分布特征，并通过数值算例分析了压力随饱和度s及时间t变化的情况，可为实验确定压力-饱和度-渗透率之间的关系提供理论依据，同时为求解非线性偏微分数学方程组提供一种解析求解方法．     

线性稳定性理论在圆管充分发展两相流型研究中的应用

圆截面光滑直管内充分发展的两流体同心环状流的线性稳定性研究不仅具有重要的学术意义,而且在预测两相流型转换方面也有着重要应用.本文评述了该流动构型的线性稳定性研究进展,着重分析了该流动构型的失稳机制及其与两相流型转换间的关系,并针对微重力气-液两相流地面模拟实验问题,探讨了今后需要着重研究的若干方面.